Wirtschaftsinformatik (Bachelor-Studiengang): Grundlagen der WI (1. Semester)

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WU / CM, Kurs vom 01.04.2002 - 30.09.2002

Grundlagen der Wirtschaftsinformatik: Informationstechnische Grundlagen und Trends: Grundlagen der Informationstechnik (Definition Daten nach DIN ISO 44300, Hardware, Software, Informationseinheiten: Bit und Byte, Darstellung und Codierung von Daten), Rechnerarchitekturen und Rechnerklassen (Von-Neumann-Architektur, Die Zentraleinheit, Programm-Abarbeitung bei Bus-Konzept, Rechnerklassen, Beurteilungskriterien für Hardware), Betriebsarten und Nutzungsformen (Betriebsart Multi-Tasking, Nutzungsformen von Rechenanlagen), System-Software (Proprietäre vs. Offene Systeme, Middleware als Verbindungsschicht), Programmiersprachen (Übersetzungsprogramme, Arten von Programmiersprachen).

1. Grundlagen der Informationstechnik
2. Rechnerarchitekturen und Rechnerklassen
3. Betriebsarten und Nutzungsformen
4. System-Software
5. Programmiersprachen

Grundlagen der Informationstechnik

Definition Daten nach DIN ISO 44300

Daten sind Zeichen oder Zeichenketten, die aufgrund von bekannten oder unterstellten Vereinbarungen Informationen darstellen und zum Zwecke der Verarbeitung im Computer gespeichert werden.

Beispiele für Zeichen: Buchstaben, Ziffern, Sonderzeichen, aber auch Bildpunkte oder akustische Signale.

Hinweis: Damit können Daten sowohl in schriftlicher, bildlicher oder sprachlicher Form vorliegen.

Auf die zahlreichen Möglichkeiten zur Klassifikation von Daten wird an dieser Stelle nicht näher eingegangen.

Beispiele: numerische, alphanumerische, Stammdaten, Bewegungsdaten.

Hardware und Software:

Bildbeschreibung "Hardware und Software": Die Hardware (Ein-/Ausgabegeräte, Zentraleinheit, externe Speicher) wird umgeben von der System-Software und diese wiederum von der Anwendungs-Software. System-Software und Anwendungs-Software werden auch als Software zusammengefasst.

Hardware

Gesamtheit oder ein Teil der apparativen Ausstattung von Rechnersystemen, d.h. alle materiellen (technischen) Komponenten:

1. Zentraleinheit
   Prozessor, Hauptspeicher, Schnittstellen usw.
2. Peripherie
   • Eingabe-Geräte
     Tastatur, Maus, Joystick, Touchscreen, Grafiktablett, Scanner, Barcodeleser, Kamera, Mikrophon, elektronische Messgeräte usw.
   • Externe Speicher
     Diskette, CD-ROM, Magnetband, Magnetplatte (Festplatte, Wechselplatte), Optische Speicherplatte, Magnet-/Chipkarten usw.
   • Ausgabe-Geräte
     Bildschirm, Drucker, Plotter, Lautsprecher, Telefon, Video, 3D-Brille, elektronische Signale usw.

Hinweis: Die Kombination aller erforderlichen Komponenten der Hardware wird als Hardware-Konfiguration bezeichnet.

Software

Gesamtheit oder ein Teil der Programme für Rechnersysteme, d.h. alle immateriellem Komponenten:

• System-Software
  macht Rechnersysteme prinzipiell verwendbar
  z.B. Inbetriebnahme, Steuerung angeschlossener Geräte
• Anwendungs-Software
  stellt die vom Nutzer benötigte spezifische Funktionalität zur Unterstützung bei der Aufgabenerfüllung bereit.

Hinweis: Die Kombination aller erforderlichen Komponenten der Software wird als Software-Konfiguration bezeichnet.

Informationseinheiten: Bit und Byte

• Elementare Informationseinheit:
  Bit (Binary Digit) mit der Binärzeichenmenge {0,1}
• Byte: 1 B = 8 Bit mit einer Zeichenmenge 2⁸ = 256
• Kilobyte: 1 KB = 2¹⁰ Byte = 1024 Byte
• Megabyte: 1 MB = 2²⁰ Byte = 1.048.576 Byte
• Gigabyte: 1 GB = 2³⁰ Byte = 1.073.741.824 Byte
• Terabyte: 1 TB = 2⁴⁰ Byte = 1024 GB
• Petabyte
• Exabyte

Darstellung und Codierung von Daten

Zeichen:

Darstellung von Zeichen erfolgt über Zuordnung zu Bit-Mustern (Zuordnungsvorschrift = Code)

• EBCDI-Code
  Extended Binary Coded Decimals Interchange Code
  Verwendung fast ausschließlich auf Großrechnern
• ASCII-Code
  American Standard Code for Information Interchange
  7 Bit: 128 verschiedene Zeichen
  8 Bit: 256 Zeichen, jeweils länderspezifische Erweiterungen
• Unicode
  16 Bit: 65.536 verschiedene Zeichen

Verarbeitung von Daten / Informationen:

Die Verarbeitung von Daten zur Lösung von konkreten Aufgabenstellungen mit einem Computer erfolgt mit Hilfe von Programmen.

Programm:

In einer Programmiersprache formulierter Algorithmus, das zusätzlich die Vereinbarung der zu verarbeitenden Daten umfasst.

Programmiersprache:

Aus einem bestimmten Zeichenvorrat bestehende Sprache mit genau definierter Syntax (Sprachregeln) und Semantik (Sprachbedeutung), in der Algorithmen so formuliert werden können, dass es einem Computer ermöglicht wird, sie auszuführen.

Algorithmen:

Endliche Vorschrift, die genau angibt, wie ein bestimmtes Problem in einzelnen Schritten zu lösen ist, die von dieser Vorschrift exakt vorgegeben sind.

Grenzen des Machbaren?

Universelle Problemlösungsfähigkeit eingeschränkt durch:

• Fragen der Berechenbarkeit
  Es existieren wohldefinierte Probleme, die aus prinzipiellen Gründen nicht lösbar sind, d.h. nicht aus praktischen Randbedingungen (z.B. wegen Umfang), sondern wegen endgültiger, praktischer wie theoretischer Grenzen.
• Fragen der Komplexität
  Aufgrund der umfangreichen (bisher erfolglosen) Forschungsanstrengungen im Hinblick auf effiziente Algorithmen für "schwere" Probleme geht man davon aus, dass für solche Probleme keine effizienten Algorithmen existieren.

Hinweis: Aber: IT bietet ein "ermöglichendes Instrumentarium" für eine Neugestaltung und (Teil-)Automatisierung von Prozessen (Enabling) im Hinblick auf das Langfristziel der sinnhaften Vollautomation.

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Rechnerarchitekturen und Rechnerklassen

Von-Neumann-Architektur

nach John von Neumann (1903 - 1957):

Bildbeschreibung "Von-Neumann-Architektur": Der Zentralprozessor (CPU) enthält das Steuerwerk und das Rechenwerk. Zusammen mit dem Hauptspeicher ist der Zentralprozessor Teil der Zentraleinheit. Als Input hat die Zentraleinheit Dateneingaben, als Output Datenausgaben. Zwischen dem Zentralprozessor und der Umgebung der Zentraleinheit gibt es Kanalwerke zu externen Speichern.

• Nur eine Zentraleinheit mit jeweils einem Steuer- und Rechenwerk.
• Nur ein Speicher, in dem Daten und Programme untergebracht werden.
• Speicher besteht aus Plätzen fester Wortlänge, welche über feste Adressen einzeln angesprochen werden.
• Der Rechner verarbeitet im Speicher abgelegte Programme.
• Der Rechner verarbeitet Programmbefehle und Datenworte sequentiell.

Die Zentraleinheit

1. Zentralprozessor, ggf. zusätzliche (Co-)Prozessoren
   steuert den Gesamtablauf der IV, koordiniert die beteiligten Funktionseinheiten
   • Steuerwerk
     sorgt für die Durchführung der einzelnen Befehle eines Programms
   • Rechenwerk
     führt Rechenoperationen aus (ALU = Arithmetical and Logical Unit),
     benutzt verschiedene interne Speicher (Register),
     verfügt über Datenpfade zwischen den Komponenten
2. Haupt-(oder Zentral-)speicher
   auszuführende Programme, zu verarbeitende Daten

Programm-Abarbeitung bei Bus-Konzept

Bildbeschreibung "Bus-Konzept": Der Zentralprozessor mit dem Rechen- sowie dem Steuerwerk, der Speicher und der Ein-/Ausgabekanal greifen auf den Datenbus, den Adressbus und den Steuerbus zu.

1. Holen des Befehls aus dem Speicher
   • Belegung Adressbus mit gültiger Programmadresse
   • Lese-Aktivierung Speicher über Steuerbus
   • Gültiger Befehl liegt auf Datenbus, Ablage im Rechenwerk
2. Holen von Daten aus dem Speicher
   • Belegung Adressbus mit gültiger Datenadresse
   • Lese-Aktivierung Speicher über Steuerbus
   • Datenwert liegt auf Datenbus, Ablage im Rechenwerk
3. Manipulation der Daten
   • Modifizierung der im Rechenwerk abgelegten Werte
4. Zurückschreiben der Daten in den Speicher
   • Belegung Adressbus mit Datenadresse
   • Modifizierter Datenwert liegt auf Datenbus
   • Schreib-Aktivierung Speicher über Steuerbus
5. Bearbeitung des nächsten Befehls

Rechnerklassen

Nachfolgend eine Liste von Rechnerklassen mit der Struktur "Bezeichnung: Einsatzgebiet; Merkmale; Anschaffungskosten (in Euro)":

• Superrechner: Forschung und Wissenschaft; Spezielle Architektur, mehrere 1000 MFLOPS; > 100.000
• Großrechner (Mainframes): Rechenzentren (RZ) großer Unternehmen; Dialog- und Batchbetr., > 1.000 Bildschirmarbeitsplätze (BAP); 100.000 - 500.000
• Minirechner (MDT): Abteilungsrechner, Prozesssteuerung; Mehrbenutzersysteme, 20-30, -100 BAP; 5.000 - 25.000
• Mikrorechner: Workstations, Personal Computer (PC); Arbeitsplatzrechner, Dialogverarbeitung; 2.000 - 5.000, 1.000 - 2.000
• Handheld: Personal Digital Assistant (PDA); Abmessung, Gewicht, PC-Synchronisation; 200 - 800

Hinweis: Aufgrund der rasanten technischen Entwicklung verfließen die Grenzen zwischen den Rechnerklassen, so dass eine exakte Abgrenzung kaum mehr möglich ist.

Beurteilungskriterien für Hardware

1. Technisch:
   • Taktrate
   • Speicherkapazität
   • Zugriffszeit
   • Übertragungsrate
   • Benchmarks
   • Ausfallrate
2. Wirtschaftlich:
   • Nutzen, Komfort
   • Anfangsinvestition
   • Betriebskosten
3. Organisatorisch:
   • Ergonomie
   • Konfliktabbau
   • Gestaltungsmöglichkeiten
4. Rechtlich:
   • Betriebsverfassung
   • Belegfähigkeit von Datenträgern
   • Datenschutz
   • Gewährleistung
   • Produkthaftung
   • Urheberschutz

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Betriebsarten und Nutzungsformen

Betriebsarten von Rechenanlagen (interne Verarbeitung im Rechner):

1. Anzahl Programme
   • Einprogrammbetrieb (Single-Tasking)
   • Mehrprogrammbetrieb (Multi-Tasking)
     Sonderform: Spooling
2. Anzahl Anfragen
   • Single-Threading
   • Multi-Threading
3. Anzahl Prozessoren
   • Einprozessorbetrieb
   • Mehrprozessorbetrieb
4. Art der Verbindung
   • Online-Betrieb
   • Offline-Betrieb
5. Räumliche Verteilung
   • Lokale Datenverarbeitung
   • Datenfernverarbeitung
   • Verteilte Datenverarbeitung

Betriebsart Multi-Tasking

Gleichzeitige Ausführung von Programmfunktionen.

Time Sharing: Benötigte Betriebsmittel werden abwechselnd im sog. Zeitscheibenverfahren vom Betriebssystem zugeteilt:

• Echtes oder auch preemptives Multi-Tasking:
  CPU hat ständige Kontrolle und bestimmt die Zuteilung
• Kooperatives Multi-Tasking:
  Anwendung entscheidet selber über die Steuerung des Ressourcenverbrauchs

Spoolbetrieb (Simultaneous Periphals Operations On Line) erlaubt Ein-/Ausgabe von Daten eines Programms während anderes Programm bearbeitet wird.

Nutzungsformen von Rechenanlagen

1. Offener Betrieb
2. Geschlossener Betrieb
3. Stapelverarbeitung (Batch)
4. Interaktive Verarbeitung
   1. Echtzeitverarbeitung
   2. Dialogverarbeitung
      1. Einzelnutzerbetrieb
      2. Mehrbenutzerbetrieb
         • Teilhaberbetrieb
         • Teilnehmerbetrieb

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System-Software

Die System-Software ist das Bindeglied zwischen Hardware und Anwendungs-Software. Hardware und System-Software werden auch als Basissystem oder Basismaschine bezeichnet.

• Steuerung der rechnerinternen Abläufe
• Koordination der verschiedenen abzuarbeitenden Programme
• Steuerung der Ein- und Ausgabe
• Überwachung und Protokollierung der Systemaktivitäten
• Ermittlung und Behebung eventueller Fehler im System

Bildbeschreibung "System-Software": Setzt sich zusammen aus den vier Bereichen "Betriebssysteme" (Betriebsmittelverwaltung, Auftragsverwaltung, Prozessverwaltung, Datenverwaltung, Ablaufsicherung), "Dienstprogramme" (Editoren, Sortierprogramme, Weitere Hilfsprogramme, z.B. Verwaltungsprogramme für Installation und Konfiguration), "Übersetzungsprogramme" (Assembler, Compiler, Linker, Interpreter) und "Werkzeuge und Hilfen" (Datenbankverwaltung, Software-Entwicklungssysteme, Wartungshilfen).

Proprietäre vs. Offene Systeme

Proprietär: läuft nur auf Hardware eines Herstellers.

Offen (bezogen auf Anwendungs-Software)

• Portabilität
• Interoperabilität
• Skalierbarkeit
• Oberflächen
• Übersetzungsprogramme
• Umfang Standard-Software

Middleware als Verbindungsschicht

Bildbeschreibung "Middleware als Verbindungsschicht": Die Middleware (z.B. CORBA, DCOM) bildet die Verbindungsschicht zwischen verschiedenen Anwendungen und dem Basissystem (Hardware und System-Software).

Middleware ist eine Software-Schicht, die auf der Basis definierter Schnittstellen und Protokolle spezielle Dienste bereitstellt für die Integration heterogener Anwendungen.

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Programmiersprachen

Übersetzungsprogramme

Compiler:

• Setzt Quellprogramm (Source Code) um in sog. Objektcode
• Überprüft Quellprogramm auf syntaktische Richtigkeit
• Compiliert (überträgt) Quellprogramm in einem Stück

Linker:

• Erzeugt aus Objektcode lauffähiges (ausführbares) Programm
• Bindet (linkt) benötigte Hilfsprogramme aus Bibliotheken ein

Interpreter:

• Übersetzt Programm zeilenweise in Maschinensprache
• Bringt übersetzte Zeile zur Ausführung
• Bedingen Vorhandensein der Interpreter-Software, z.B. in Form sog. Run-Time-Module

Arten von Programmiersprachen

• 1. Generation: Maschinensprache (Binärzeichen)
• 2. Generation: Assembler-Sprachen (mnemotechnische Abk.)
• 3. Generation: Problemorientierte Sprachen (prozedural)
• 4. Generation: Deskriptive/deklarative Sprachen
  • Abfragesprachen
  • Report Generatoren
  • Programmgeneratoren
  • 4GL, z.B. SQL (IBM), ABAP/4 (SAP)
• 5. Generation: Wissensbasierte (deduktive) Sprachen
• Objektorientierte Sprachen und Middleware (CORBA, DCOM)
• Skript-Programmiersprachen (Kombination von Komponenten)